JP6485976B2

JP6485976B2 - 車両の転覆防止装置

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Publication number: JP6485976B2
Application number: JP2017201804A
Authority: JP
Inventors: 菊地　勝浩; 勝浩菊地; 泰介島村; 井澤　信明; 信明井澤
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: JP2018039504A

Description

本発明は、横風を原因として車両が転覆するのを防止する転覆防止装置に関する。

鉄道車両が側方から強風を受けると、風圧による抗力（横力）が車体に生じる。風速が大きい場合、車両を転覆させようとする横力が大きくなり、ある限界風速以上の風速が吹いた場合、車両は転覆することがある。

このような事故を未然に防ぐために、従来、様々な対策が講じられている。例えば鉄道沿線には、鉄道車両に作用する風圧を減じるための防風柵を設置することが行われている。

また、例えば特許文献１には、鉄道線路近傍に設置された列車風取入部と、前記列車風取入部で取り入れた列車風が通り抜けるダクトと、前記ダクトを通り抜けた列車風を排出する排出部とを備えるエアフェンス形成装置が開示されている。かかるエアフェンス形成装置では、地表を走行する鉄道列車の走行に伴って生じる列車風を利用してエアフェンスを形成することにより、強風による鉄道車両の転覆事故を防止する。

特許文献２には、左右のレールにそれぞれ対応し、通常走行時には車両限界内に保持されている複数の磁石と、前記磁石を移動させる操縦手段と、前記操縦手段の動作を制御する制御手段と、を備える転覆防止装置が開示されている。かかる転覆防止装置では、制御手段からの指令によって操縦手段が左右のレールへそれぞれ対応する磁石を移動させることで磁石とレールとの間に吸引力を生じさせる。これにより、強風による鉄道車両の転覆事故を防止する。

特許文献３には、鉄道車両の台車枠と車体との間に配置されるまくらばねの伸びを検出する検出器と、該検出器において検出された前記まくらばねの伸びが基準値を越えた場合にロックを解くように動作するロック装置と、該ロック装置のロックを解く動作により、レールの頭部に係合するように動作する台車脇に配置されるフックとを具備する転覆防止装置が開示されている。かかる転覆防止装置では、まくらばねの伸び量が限界値を越えたことを検出し、車両本体の車輪とレールの物理的一体化を図ることにより、強風による鉄道車両の転覆事故を防止する。

特開２０１３−０６４２９３号公報特開２０１２−２０１１７９号公報特開２０１０−０７００７５号公報

以上の特許文献１〜３に開示されているように、従来の転覆防止対策は、鉄道車両に付設される設備を利用したものである。しかしながら、鉄道車両本体に着目すると、例えば車両が受ける横力を低減するため、車両形状に丸みを帯びさせなどの対策は考えられているものの、車両本体のみに効果的な転覆防止対策を講じる提案はこれまでほとんどなされてない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、横風に対する車両の転覆を適切に防止する転覆防止装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、横風に対する車両の転覆防止装置であって、車両の天井面に設けられ、当該車両の正面方向から見た断面形状が翼形状である翼形部と、車両の天井面において、前記翼形部に設けられたブレーキ板と、を備え、前記翼形部は、前記横風に対する傾きが調整されて、当該横風の発生時に所定方向に空気力を発生させ、前記空気力は、鉛直下方方向に作用する成分を有し、前記ブレーキ板は、車両の進行方向と反対方向に力を発生させることを特徴としている。

本発明によれば、横風の発生時に、翼形部は空気力を発生させることができる。しかも、横風に対する翼形部の傾きを調整することで、翼形部は、鉛直下方方向に作用する成分を有する空気力を発生させることができる。そうすると、このように鉛直下方方向に発生する空気力は車両を鉛直下方に押えつけるように作用し、車両の輪重を増加させることができ、車両の転覆を防止することができる。また、翼形部は鉛直下方方向に空気力を発生させることができるので、例えば竜巻など、突発的に横風が発生した場合にも対応することができる。

しかも翼形部は車両の天井部に設けられており、すなわち本発明は車両単体に効果的な転覆防止対策が講じられており、従来にない斬新なものである。かかる場合、車両に付設される設備などを考慮して対策を講じる必要がないため、転覆防止装置の設計の自由度を高くできる。さらに、地上設備側に転覆防止対策を講じる場合、対策費用が高額になる傾向があるが、本発明の転覆防止装置は車両本体に設けられる簡易なものであるため、対策費用を低廉化することも可能となる。

さらにブレーキ板は車両の進行方向と反対方向に力を発生させるので、当該力によって車両を減速させることができ、したがって、転覆防止装置を空力ブレーキとしても機能させることができる。

前記車両は鉄道車両であってもよい。

本発明によれば、突発的に強風が発生した場合でも、車両本体に設けられた翼形部を用いて、当該車両の転覆を適切に防止することができる。

横風を受けた鉄道車両の挙動を模式的に示した説明図であり、（ａ）は横風が弱い時を示し、（ｂ）は横風が強い時を示している。第１の参考例において、鉄道車両に設けられる転覆防止装置の構成の概略を示す斜視図である。第１の参考例において、鉄道車両と転覆防止装置に作用する力関係を示す説明図である。第１の参考例において、支持部が省略された転覆防止装置の構成の概略を示す斜視図である。第１の参考例において、翼形部と支持部が複数設けられた転覆防止装置の構成の概略を示す斜視図である。本発明の実施形態において、鉄道車両に設けられる転覆防止装置の構成の概略を示す斜視図である。本発明の実施形態において、鉄道車両と転覆防止装置に作用する力関係を示す説明図である。本発明の実施形態において、翼形部と支持部が複数設けられた転覆防止装置の構成の概略を示す斜視図である。本発明の実施形態において、ブレーキ板をさらに備えた転覆防止装置の構成の概略を示す斜視図である。第２の参考例において、鉄道車両に設けられる転覆防止装置の構成の概略を示す斜視図である。第３の参考例において、鉄道車両に設けられる転覆防止装置の構成の概略を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態では、車両として鉄道車両に本発明を適用した場合について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜鉄道車両の転覆の原理＞
先ず、鉄道車両の転覆の原理と転覆に至る限界の風速の考え方について説明する。図１は、横風、すなわち側方からの自然風を受けた鉄道車両の挙動を模式的に示した説明図である。鉄道車両に横風が作用すると、鉄道車両には風による横力が生じる。図１（ａ）に示すように横風が弱いとき、鉄道車両１０は転覆することなく安全に走行できる。しかしながら、横風が強くなると、風上側の輪重、すなわちレール２０が車輪１１から受ける垂直下方の力が小さくなる。横風がさらに強くなり、ある風速に達すると図１（ｂ）のように、風上側の輪重がゼロになり鉄道車両１０が転覆する可能性が生じる。このような状態になる風速の最小値を転覆限界風速と呼んでいる。

＜第１の参考例＞
次に、本発明に係る第１の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図２は、鉄道車両１０に設けられる転覆防止装置３０の構成の概略を示す斜視図である。図３は、鉄道車両１０と転覆防止装置３０に作用する力関係を示す説明図である。なお、図２及び図３において、Ｘ方向は鉄道車両１０の進行方向（鉄道車両１０の長手方向）を示し、Ｙ方向は鉄道車両１０の幅方向（鉄道車両１０の短手方向）を示し、Ｚ方向は鉛直方向を示している。

図２に示すように転覆防止装置３０は、断面形状が翼形状の翼形部３１と、翼形部３１を支持する支持部３２とを有している。支持部３２は、鉄道車両１０の天井面に設けられ、当該天井面から鉛直上方に延伸している。

以下、図３に示すようにＹ方向において負方向から正方向に向けて、且つＸ方向において正方向から負方向に向けて、横風Ｗが吹いている場合について説明する。かかる場合、翼形部３１は、当該翼形部３１の水平断面形状が翼形状となるように配置される。より具体的には、翼形部３１は、Ｙ方向において負方向から正方向に向けて、且つＸ方向において正方向から負方向に向けて、支持部３２から延伸して配置される。また、翼形部３１において、Ｙ方向負方向側の側面３１ａは、Ｙ方向正方向側の側面３１ｂに比べて膨らんでいる。なお、翼形部３１に用いられる材料は特に限定されるものではなく、例えは布製などの柔らかい材料であってもよいし、鋼製などの固い材料であってもよい。

このように翼形部３１が配置されると、当該翼形部３１に対して、Ｙ方向において正方向から負方向に向かい、且つＸ方向において正方向から負方向に向かう空気力Ｆが発生する。この空気力Ｆのうち、Ｙ方向成分である力Ｆ_Ｙ（以下、対抗力Ｆ_Ｙという。）は、横風Ｗの発生側に向かって作用し、すなわち横風ＷのＹ方向成分に対抗するように作用する。したがって、この対抗力Ｆ_Ｙが、横風Ｗによって鉄道車両１０に作用する横力を低減することができ、鉄道車両１０の転覆を防止することができる。

転覆防止装置３０は、通常走行時には鉄道車両１０の内部に収納され、横風Ｗの発生時に鉄道車両１０の天井面に配設される。

転覆防止装置３０を鉄道車両１０の天井面から飛び出させて配設するタイミングは、どのような方法で指定しても構わない。例えば風向風速計などを用いてもよい。かかる場合、風向風速計で鉄道車両１０が受ける風の風向と風速を測定し、当該測定結果が予め定められた風速を超えた場合に、転覆防止装置３０が配設される。或いは、例えば乗務員の目視によって横風Ｗの発生を判断し、転覆防止装置３０を配設させてもよい。

そして、横風Ｗの発生時には、当該横風Ｗに対する翼形部３１の傾きを調整することで、翼形部３１は任意の方向に空気力Ｆを発生させることができる。すなわち、横風Ｗの風向に応じて、対抗力Ｆ_Ｙを当該横風Ｗに対抗させることができる。そうすると、例えば突発的に横風Ｗが発生した場合にも適切に対応することができる。

以上の第１の参考例によれば、横風Ｗの発生時に、翼形部３１は空気力Ｆを発生させることができ、当該空気力ＦのＹ方向成分である対抗力Ｆ_Ｙによって、横風Ｗによる横力を低減して、鉄道車両１０の転覆が防止される。一方で、空気力Ｆのうち、Ｘ方向成分である力Ｆ_Ｘは、鉄道車両１０の進行方向と反対方向に作用する。すなわち、力Ｆ_Ｘによって鉄道車両１０が減速し、例えば横風Ｗが発生した際に鉄道車両１０が緊急停止する場合には、転覆防止装置３０は有用となる。このように転覆防止装置３０は、空力ブレーキとしても機能する。

なお、第１の参考例で図示した翼形部３１と支持部３２は、あくまで概念図であって、その具体的な形状や配置は任意に設計することができる。例えば図４に示すように支持部３２を省略して、翼形部３１を直接鉄道車両１０の天井面に設けてもよい。また、支持部３２は翼形部３１に対して風上側と風下側のいずれに配置されていてもよい。要は、翼形部３１が上述した空気力Ｆを発生せることができれば、本発明の効果を享受できるのである。

また、以上の第１の参考例において、図５に示すように翼形部３１と支持部３２はそれぞれ複数設けられていてもよい。かかる場合、より効果的に鉄道車両１０の転覆を防止することができる。

＜本発明の実施形態＞
次に、本発明に係る実施形態としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図６は、鉄道車両１０に設けられる転覆防止装置３０の構成の概略を示す斜視図である。図７は、鉄道車両１０と転覆防止装置３０に作用する力関係を示す説明図である。

図６に示すように転覆防止装置３０は、第１の参考例と同様に、翼形部３１と一対の支持部３２、３２を有している。但し、本実施形態においては、第１の参考例と異なり、翼形部３１の配置が異なる。また、図示の例においては、一対の支持部３２、３２はＸ方向に並べて配置されている。

図６及び図７に示すように翼形部３１は、当該翼形部３１の鉛直断面形状が翼形状となるように配置される。より具体的には、翼形部３１は、Ｙ方向の負方向から正方向に向けて、支持部３２、３２から延伸して配置される。また、翼形部３１において、鉛直下側（Ｚ方向負方向側）の側面３１ａは、鉛直上側（Ｚ方向負方向側）の側面３１ｂに比べて膨らんでいる。

このように翼形部３１が配置されると、当該翼形部３１に対して、鉛直下方に向かう空気力Ｆが発生する。そうすると、空気力Ｆは鉄道車両１０を鉛直下方に押えつけるように作用し、鉄道車両１０の輪重を増加させる。したがって、鉄道車両１０の転覆を防止することができる。

また転覆防止装置３０は、第１の参考例と同様に、通常走行時には鉄道車両１０の内部に収納され、横風Ｗの発生時に鉄道車両１０の天井面に配設される。そして、横風Ｗの発生時には鉛直下方の空気力Ｆが発生するので、例えば突発的に横風Ｗが発生した場合にも適切に対応することができる。

なお、本実施形態で図示した翼形部３１と支持部３２、３２は、あくまで概念図であって、その具体的な形状や配置は任意に設計することができる。例えば、支持部３２、３２は翼形部３１に対して風上側と風下側のいずれに配置されていてもよい。また、支持部３２、３２はＹ方向に並べて配置されていてもよい。翼形部３１が上述した空気力Ｆを発生せることができれば、本発明の効果を享受できるのである。

また、以上の本実施形態において、図８に示すように翼形部３１と支持部３２、３２はそれぞれ複数設けられていてもよい。かかる場合、より効果的に鉄道車両１０の転覆を防止することができる。

さらに、以上の本実施形態において、図９に示すように転覆防止装置３０は、ブレーキ板３３を有していてもよい。ブレーキ板３３は、例えば矩形状を有し、翼形部３１のＸ方向正方向側に設けられている。なお、支持部３２、３２は省略される。かかる場合、ブレーキ板３３には鉄道車両１０の進行方向と反対方向に力が作用し、当該力によって鉄道車両１０が減速する。したがって、転覆防止装置３０を空力ブレーキとしても機能させることができる。なお、ブレーキ板３３は、翼形部３１のＸ方向負方向側に設けられていてもよい。

＜第２の参考例＞
次に、本発明に係る第２の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図１０は、鉄道車両１０に設けられる転覆防止装置３０の構成の概略を示す斜視図である。

図１０に示すように転覆防止装置３０は、第１の参考例の翼形部３１と上記本実施形態の翼形部３１をそれぞれ複数有している。かかる場合、上述した第１の参考例の効果と上記本実施形態の効果を両方享受することができ、鉄道車両１０の転覆を防止することができる。

＜第３の参考例＞
次に、本発明に係る第３の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図１１は、鉄道車両１０に設けられる転覆防止装置３０の構成の概略を示す斜視図である。

図１１に示すように転覆防止装置３０は、第１の参考例、上記本実施形態、第２の参考例と同様に、翼形部３１と支持部３２を有している。但し、第３の参考例においては、第１の参考例、上記本実施形態、第２の参考例と異なり、翼形部３１の形状と配置が異なる。

翼形部３１は、第１の参考例の翼形部３１の特徴と上記本実施形態の翼形部３１の特徴を兼ね備えた形状を有している。すなわち、翼形部３１は、略球体（略楕円体）を１／４分割した形状を有し、側面視において中心角が９０度の略扇形状を有している。そして、翼形部３１は、当該翼形部３１の水平断面形状が翼形状となり、且つ鉛直断面形状が翼形状となるように配置される。

かかる場合、横風Ｗの発生時に、翼形部３１には空気力Ｆが発生する。この空気力Ｆは、第１の参考例と同様に、水平方向のＹ方向成分である対抗力Ｆ_Ｙを有している。対抗力Ｆ_Ｙは横風Ｗの発生側に向かって作用し、横風Ｗによって鉄道車両１０に作用する横力を低減することができる。また、空気力Ｆは、上記本実施形態と同様に、鉛直下方に向かう成分を有している。このため、鉄道車両１０の輪重を増加させることができる。以上により、第３の参考例によれば、上述した第１の参考例の効果と上記本実施形態の効果を両方享受することができ、鉄道車両１０の転覆を防止することができる。

なお、第３の参考例で図示した翼形部３１と支持部３２は、あくまで概念図であって、その具体的な形状や配置は任意に設計することができる。また、第３の参考例において、翼形部３１と支持部３２はそれぞれ複数設けられていてもよい。

＜その他の実施形態＞
以上の実施形態及び参考例では、本発明を鉄道車両１０に適用する場合について説明したが、本発明が適用される車両は鉄道車両１０に限定されない。車両は、例えば自動車など、地上を走行する移動体であればよい。特に略直方体形状の荷台を有するトラックなどの車両の場合、横風Ｗによって車両が受ける横力が大きいため、本発明は特に有用となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、横風を原因として車両が転覆するのを防止する際に有用であって、特に突風に対する車両の転覆防止対策として有用である。

１０鉄道車両
１１車輪
２０レール
３０転覆防止装置
３１翼形部
３２支持部
３３ブレーキ板

Claims

横風に対する車両の転覆防止装置であって、
車両の天井面に設けられ、当該車両の正面方向から見た断面形状が翼形状である翼形部と、
車両の天井面において、前記翼形部に設けられたブレーキ板と、を備え、
前記翼形部は、前記横風に対する傾きが調整されて、当該横風の発生時に所定方向に空気力を発生させ、
前記空気力は、鉛直下方方向に作用する成分を有し、
前記ブレーキ板は、車両の進行方向と反対方向に力を発生させることを特徴とする、車両の転覆防止装置。
前記車両は鉄道車両であることを特徴とする、請求項１に記載の車両の転覆防止装置。